DE3821093A1 - METHOD AND DEVICE FOR TREATING SURFACES - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Behandlung von Oberflächen, womit eine Bearbeitung oder Modifizierung der Oberfläche eines Materials durch den Fluß eines reaktiven Gases erfolgt, aus dem mittels einer Zer setzung durch Wärme und/oder Licht angeregte und metastabile Sauerstoffatome erzeugt werden. Insbesondere betrifft die Er findung ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Behand lung von Oberflächen, womit sich ein reaktiver Gasfluß erzie len läßt, der beispielsweise für die Entfernung einer Resist- Schicht von einer Oberfläche oder für die Reinigung einer Oberfläche geeignet ist.The invention relates to a method and a device for the treatment of surfaces, which means machining or modification of the surface of a material by the Flow of a reactive gas takes place from which by means of a Zer Settlement stimulated by heat and / or light and metastable Oxygen atoms are generated. In particular, he concerns Find a method and an apparatus for the treatment surface, which creates a reactive gas flow len, for example for the removal of a resist Layer of a surface or for cleaning a Surface is suitable.
Bei einer herkömmlichen Vorrichtung für die Entfernung einer Resist-Schicht, wie sie in der offengelegten japani schen Patentanmeldung Nr. 2 23 839/86 beschrieben ist, ist ei ne Ultraviolett-Lampe in einem Abstand von 3 bis 5 mm von der Oberfläche eines Wafers in einer Kammer angeordnet, und zwi schen der Wafer-Oberfläche und der Ultraviolett-Lampe strömt ein Sauerstoffgas, wobei der Innendruck der Kammer auf 2 bis 3 Atmosphären gehalten wird, um ein Resist zu entfernen.In a conventional removal device a resist layer, as described in the disclosed japani Patent Application No. 2 23 839/86 is ei ne ultraviolet lamp at a distance of 3 to 5 mm from the Surface of a wafer arranged in a chamber, and zwi between the wafer surface and the ultraviolet lamp an oxygen gas, the internal pressure of the chamber to 2 to 3 Atmospheres is held to remove a resist.
Bei der oben beschriebenen herkömmlichen Technik wurde jedoch nicht berücksichtigt, daß die in der Kammer strömende reaktive Gasschicht 3 bis 5 mm dick ist, so daß eingestrahltes Licht absorbiert wird, während es diese relativ dicke Schicht durchdringt. Ein weiteres Problem besteht darin, daß metasta bile Sauerstoffatome großteils relativ weit von der Oberfläche der zu behandelnden Probe entfernt erzeugt werden, so daß ihre Wirkung auf die Probenoberfläche nicht sehr groß ist.In the conventional technique described above, but does not take into account that the flowing in the chamber reactive gas layer is 3 to 5 mm thick, so that irradiated Light is absorbed while it is this relatively thick layer penetrates. Another problem is that metasta bile oxygen atoms mostly relatively far from the surface of the sample to be treated are generated so that their Effect on the sample surface is not very large.
Die generelle Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Ver fahren und eine Vorrichtung für die Behandlung von Oberflächen anzugeben, womit die dem Stand der Technik anhaftenden Nach teile, zumindest weitgehend, überwunden werden. Insbesondere soll es nach vorliegender Erfindung möglich sein, metastabile Sauerstoffatome so nahe wie möglich an einer zu behandelnden Materialoberfläche zu erzeugen, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, daß die erzeugten metastabilen Sauerstoffatome auch tatsächlich auf die Materialoberfläche auftreffen, und um die Entfernungsrate von organischen Materialien von der Oberflä che zu erhöhen.The general object of the invention is a ver drive and a device for the treatment of surfaces state what the adhering to the prior art parts, at least largely, are overcome. In particular According to the present invention, it should be possible to be metastable Oxygen atoms as close as possible to one to be treated Material surface to generate the probability increase that the generated metastable oxygen atoms too actually hit the material surface, and around that Removal rate of organic materials from the surface che to increase.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren, wie es im Patentanspruch 1 angegeben ist. Danach wird ein Sauerstoff enthaltendes reaktives Gas in einen Zwischenraum zwischen der Oberfläche des zu behandelnden Materials und eine Zwischenraum-Einstelleinrichtung eingeführt, wobei dieser den Behandlungsraum über der Materialoberfläche bildende Zwischen raum nicht breiter als 0,5 mm ist. Das in den Zwischenraum eingeführte, Sauerstoff, vorzugsweise Ozon, enthaltende reak tive Gas wird so angeregt, daß sich metastabile Sauerstoffato me bilden.This problem is solved with a method as indicated in claim 1. After that, a Reactive gas containing oxygen into a space between the surface of the material to be treated and a Gap setting device introduced, this the Treatment room above the intermediate surface forming the material space is not wider than 0.5 mm. That in the space introduced reak containing oxygen, preferably ozone tive gas is so excited that metastable oxygen form me.
Das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren kann mit ei ner Vorrichtung nach Anspruch 4 durchgeführt werden, die fol gende Elemente aufweist: eine Trägereinrichtung, auf der das zu behandelnde Material gehaltert wird; eine Zwischenraum-Ein stelleinrichtung zur Bildung eines Behandlungsraums über der Oberfläche des Materials, der nicht breiter als 0,5 mm ist; sowie eine, insbesondere in der Zwischenraum-Einstelleinrich tung vorgesehene Gas-Zuführeinrichtung zur Zuführung eines Sauerstoff enthaltenden reaktiven Gases in den Behandlungsraum über der Materialoberfläche. Weiterhin ist in der erfindungs gemäßen Vorrichtung vorzugsweise eine Gas-Anregungseinrichtung vorgesehen, um den in dem reaktiven Gas enthaltenen Sauerstoff zu metastabilen Sauerstoffatomen anzuregen. Es ist vorteil haft, die Trägereinrichtung für das zu behandelnde Material, insbesondere einen Drehtisch, in einer Kammer anzuordnen, aus der ein Gasabzug erfolgen kann. Vorzugsweise wird die Gas-An regungseinrichtung, wie z.B. eine Wärme- oder Lichtquelle, an der Zwischenraum-Einstelleinrichtung auf der Seite gegenüber dem zu behandelnden Material angeordnet.The method according to the invention described can with ner device according to claim 4, the fol ing elements: a carrier device on which the material to be treated is held; a space-in setting device for forming a treatment room above the Surface of the material that is not wider than 0.5 mm; as well as one, especially in the gap setting device device provided gas supply device for supplying a Reactive gas containing oxygen in the treatment room over the material surface. Furthermore, the invention device according to the invention preferably a gas excitation device provided to the oxygen contained in the reactive gas to stimulate metastable oxygen atoms. It is an advantage responsible, the carrier device for the material to be treated, in particular a turntable to be arranged in a chamber which can be vented. Preferably, the gas on excitation device, e.g. a source of heat or light the gap adjuster on the side opposite arranged the material to be treated.
Das bedeutet, ein wesentliches Merkmal der Erfindung be steht darin, daß ein reaktives Gas, aus dem metastabile Sauer stoffatome erzeugt werden, in einer Schicht innerhalb eines Abstands von 0,5 mm von der zu behandelnden Materialoberfläche strömt.That means be an essential feature of the invention is that a reactive gas, from the metastable acid atoms of matter are generated in a layer within a Distance of 0.5 mm from the material surface to be treated flows.
Durch die Beschränkung der Dicke der Schicht, in der der Fluß des reaktiven Gases erfolgt, auf 0,5 mm oder weniger wird der absorbierte Anteil des für den Reaktionsprozeß einge strahlten Lichts verringert; daher kann eine hohe Beleuch tungsstärke gehalten werden, bis das Licht die Oberfläche des zu behandelnden Materials erreicht. Dadurch wird die Wahr scheinlichkeit, daß die Erzeugung von metastabilen Sauer stoffatomen auf der Oberfläche des Materials erfolgt, sowie die Wahrscheinlichkeit erhöht, daß die metastabilen Sauer stoffatome in Kontakt mit der Materialoberfläche kommen, bevor sie ihren metastabilen Zustand durch Kollision mit anderen Ga sen oder Atomen verlieren. Als Folge ist eine schnelle Entfer nung von organischen Substanzen auf der Oberfläche des Materi als möglich.By limiting the thickness of the layer in which the Flow of the reactive gas is made to be 0.5 mm or less the absorbed portion of the for the reaction process radiated light diminished; therefore, high lighting intensity until the light hits the surface of the material to be treated reached. This makes the truth likelihood that the generation of metastable acid atoms of matter on the surface of the material, and the likelihood increases that the metastable acid Atoms come into contact with the material surface before their metastable state by colliding with other Ga or lose atoms. As a result, removal is quick of organic substances on the surface of the material as possible.
Selbst in dem Fall, in dem die metastabilen Sauerstoff atome nur durch Hitze, d.h. ohne Einstrahlung von Licht, er zeugt werden, beträgt die Dicke der Strömungsschicht des re aktiven Gases, aus dem die metastabilen Sauerstoffatome durch die Hitze erzeugt werden, über der Materialoberfläche vorzugs weise 0,5 mm oder weniger. Liegt die Schichtdicke über dem oben genannten Wert, können die Sauerstoffatome nicht wir kungsvoll angeregt werden, da aufgrund des großen Abstands von der Oberfläche des Materials die Temperatur verringert wird. Metastabile Sauerstoffatome, die "weit entfernt" von der Ma terialoberfläche erzeugt werden, kollidieren darüber hinaus mehrfach mit anderen Atomen, bevor sie die Oberfläche des Ma terials erreichen, wodurch sie ihren metastabilen Zustand ver lieren.Even in the case where the metastable oxygen atoms only by heat, i.e. without light, he be produced, the thickness of the flow layer of the right active gas from which the metastable oxygen atoms pass through the heat generated is preferred over the material surface 0.5 mm or less. If the layer thickness is above that value above, the oxygen atoms cannot we be stimulated with excitement because of the large distance from the surface of the material the temperature is reduced. Metastable oxygen atoms that are "far" from Ma material surface are generated, also collide several times with other atoms before they hit the surface of the Ma reach terials, whereby they ver their metastable state lieren.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden un ter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigenPreferred embodiments of the invention are un described with reference to the accompanying drawings. In show the drawings
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer erfin dungsgemäßen Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung, in der de ren Hauptteile dargestellt sind; und Fig. 1 is a schematic sectional view of an inventive device for surface treatment, in which de ren main parts are shown; and
Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung der Ergebnisse bei der Entfernung eines Resists unter Verwen dung des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels. Fig. 2 is a graph showing the results when removing a resist using the embodiment shown in Fig. 1.
In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein zu behandelndes Material 1, beispielsweise ein auf seiner Oberfläche mit einem Resist beschichteter Halbleiter-Wafer, auf einem Drehtisch 5 angeordnet, der vorzugsweise eine Heiz einrichtung enthält. Mit dem Abstand eines Spaltes bzw. mit einem Zwischenraum "g" (mm) von der Oberfläche des zu behan delnden Materials 1 ist eine Quarzglas-Platte 2 vorgesehen, die einen hohen Durchlässigkeitsgrad für ein gewünschtes Licht, beispielsweise Ultraviolett- oder Infrarot-Strahlung hat. Zum Einbringen eines reaktiven Gases verläuft durch die Quarzglas-Platte 2 hindurch eine Gas-Zuführungsröhre 4, so daß eine Art "Düse" gebildet wird. Auf der dem zu behandelnden Ma terial 1 gegenüberliegenden Seite der Quarzglas-Platte 1 ist eine Lichtquelle, beispielsweise eine Quelle für tiefe Ultra violett-Strahlung oder ähnliches, und/oder eine Wärmequelle, beispielsweise ein Heizer, angeordnet. Alle oben genannten Bauteile sind in einer Reaktionskammer untergebracht, aus der ein Gasabzug erfolgen kann. Ein von der Außenseite der Reak tionskammer in die Gas-Zuführröhre 4 eingeführtes reaktives Gas wird durch die Düse der Gas-Zuführungsröhre 4 zum unteren Teil der Quarzglas-Platte 2 geführt und strömt annähernd gleichmäßig auf der Oberfläche des zu behandelnden Materials 1 längs des Spaltes bzw. Zwischenraumes g, der zwischen dem Quarzglas 2 und dem Material 1 gebildet ist.In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, a material 1 to be treated, for example a semiconductor wafer coated on its surface with a resist, is arranged on a turntable 5 , which preferably contains a heating device. With the distance of a gap or with a gap "g" (mm) from the surface of the material 1 to be treated, a quartz glass plate 2 is provided which has a high degree of transmittance for a desired light, for example ultraviolet or infrared radiation . In order to introduce a reactive gas, a gas supply tube 4 runs through the quartz glass plate 2 , so that a kind of "nozzle" is formed. On the Ma to be treated TERIAL 1 opposite side of the quartz glass plate 1 is a light source, for example a source for deep ultra-violet radiation or the like, and / or a heat source such as a heater is disposed. All of the above components are housed in a reaction chamber from which gas can be extracted. A reactive gas introduced from the outside of the reaction chamber into the gas supply tube 4 is passed through the nozzle of the gas supply tube 4 to the lower part of the quartz glass plate 2 and flows approximately uniformly on the surface of the material to be treated 1 along the gap or Clearance g formed between the quartz glass 2 and the material 1 .
Es wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt, bei denen der Spalt g in der Vorrichtung mit dem oben beschriebe nen Aufbau verändert wurde, um ein auf der Oberfläche des zu behandelnden Materials 1 gebildetes organisches Resist mit ei ner Dicke von 1 µm zu entfernen. Dabei wurde die Temperatur des Materials 1 auf 250°C gehalten, und es wurde ein Gas ein gebracht, das 5 vol.% Ozon als reaktives Gas zur Erzeugung von metastabilen Sauerstoffatomen enthielt. Die Entfernungsrate des Resists ist in Fig. 2 dargestellt. Die Kurve A in Fig. 2 beschreibt den Fall, in dem die Materialoberfläche mit Ultra violett-Strahlung (254 nm) mit einer Beleuchtungsstärke von 120 mW/cm2 bestrahlt wurde. Die Kurve B zeigt die Entfernungs rate des Resists in dem Fall, in dem die Temperatur des Mate rials, ohne Ultraviolett-Bestrahlung, 280°C betrug. Entspre chend diesem Beispiel kann durch Einstellung des Spaltes g, durch den das reaktive Gas auf die Oberfläche des zu behan delnden Materials 1 strömt, auf 0,5 mm oder weniger die Ent fernungsrate des Resists wesentlich gesteigert werden. Experimental studies were carried out in which the gap g in the device having the structure described above was changed to remove an organic resist having a thickness of 1 µm on the surface of the material 1 to be treated. The temperature of material 1 was kept at 250 ° C., and a gas was introduced which contained 5 vol.% Ozone as a reactive gas for the generation of metastable oxygen atoms. The removal rate of the resist is shown in FIG. 2. Curve A in FIG. 2 describes the case in which the material surface was irradiated with ultra violet radiation (254 nm) with an illuminance of 120 mW / cm 2 . Curve B shows the removal rate of the resist in the case where the temperature of the material, without ultraviolet radiation, was 280 ° C. Corresponding to this example, by adjusting the gap g through which the reactive gas flows onto the surface of the material 1 to be treated, the removal rate of the resist can be significantly increased to 0.5 mm or less.
In dem oben beschriebenen Beispiel können sowohl eine Lichtquelle als auch eine Wärmequelle als Einrichtungen für die Anregung des Gases verwendet werden. Die vorliegende Er findung ist auch in keiner Weise auf den Aufbau, das Material und die Anordnung der einzelnen Hauptteile beschränkt, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind. Darüber hinaus muß auch das reaktive Gas, aus dem metastabile Sauerstoffatome erzeugt werden, nicht Ozon sein.In the example described above, both a light source and a heat source can be used as means for exciting the gas. The present invention is also in no way limited to the structure, the material and the arrangement of the individual main parts, as shown in FIG. 1. In addition, the reactive gas from which metastable oxygen atoms are generated does not have to be ozone.
Wie oben beschrieben, ist die erfindungsgemäße Vorrich tung zur Oberflächenbehandlung eine Vorrichtung zur Modifi zierung der Oberfläche eines Materials durch den Fluß eines reaktiven Gases, das durch Hitze, Licht oder beides zersetzt wird, um metastabile Sauerstoffatome zu erzeugen. Dabei ist eine Zwischenraum-Einstelleinrichtung, im oben beschriebenen Beispiel die Quarzglas-Platte 2, vorgesehen, um die Dicke der Schicht über der Materialoberfläche, in der das reaktive Gas strömt, auf 0,5 mm oder weniger zu beschränken, so daß die Zersetzung des Gases in der Nähe der zu behandelnden Material oberfläche erfolgt. Damit ermöglicht dieser einfache Aufbau, durch den die Dicke der Strömungsschicht des reaktiven Gases auf dem zu behandelnden Material auf einen vorgegebenen Wert eingestellt wird, eine Steigerung der Entfernungsrate einer organischen Substanz bzw. eine Verbesserung der Reinigung der Oberfläche, was bei industrieller Anwendung, beispielsweise bei der Halbleiterherstellung oder der Reinigung von Glas, große praktische Nutzeffekte hat.As described above, the surface treatment apparatus of the present invention is a device for modifying the surface of a material by the flow of a reactive gas that is decomposed by heat, light, or both to produce metastable oxygen atoms. Here, a gap adjusting device, in the example described above, the quartz glass plate 2 , is provided in order to limit the thickness of the layer above the material surface in which the reactive gas flows to 0.5 mm or less, so that the decomposition of the Gas occurs in the vicinity of the material surface to be treated. This simple construction, by means of which the thickness of the flow layer of the reactive gas on the material to be treated is set to a predetermined value, enables an increase in the removal rate of an organic substance or an improvement in the cleaning of the surface, which is the case in industrial use, for example in semiconductor manufacturing or glass cleaning has great practical benefits.
Claims (12)
eine Trägereinrichtung (5) für die Halterung des zu be handelnden Materials (1);
eine Zwischenraum-Einstelleinrichtung (2) zum Bilden eines Zwischenraums (g) als Behandlungsraum über der zu behan delnden Oberfläche des Materials (1), wobei der Zwischenraum (g) nicht breiter als 0,5 mm ist; und
eine Gas-Zuführeinrichtung (4) zum Zuführen eines Sauer stoff enthaltenden reaktiven Gases in den Behandlungsraum (g).4. Surface treatment device, characterized by
a carrier device ( 5 ) for holding the material to be treated ( 1 );
gap adjusting means ( 2 ) for forming a gap ( g ) as a treatment space above the surface of the material ( 1 ) to be treated, the gap ( g ) being not wider than 0.5 mm; and
a gas supply device ( 4 ) for supplying an oxygen-containing reactive gas into the treatment room ( g ).
daß die Gas-Zuführeinrichtung (4) in der Zwischenraum- Einstelleinrichtung (2) vorgesehen ist; und
daß die Gas-Anregungseinrichtung (3) auf der Seite der Zwischenraum-Einstelleinrichtung (2) gegenüber dem zu behan delnden Material (1) vorgesehen ist.8. Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that
that the gas supply device ( 4 ) is provided in the gap setting device ( 2 ); and
that the gas excitation device ( 3 ) is provided on the side of the gap setting device ( 2 ) relative to the material to be treated ( 1 ).
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